5G無線通信網絡的關鍵技術應用

［關鍵詞］5G無線通信技術；關鍵技術；應用場景

［中圖分類號］TN929.5 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）11–0040–03

1 5G網絡架構

5G網絡具體包括用戶設備、核心網絡及傳輸網絡等重要結構。5G網絡的設計理念具有前沿性，以服務導向結構為基礎，具有服務化的特征。與傳統通信網絡架構相比，5G網絡結構的鏈路關系靈活，主要以模塊化的服務單元呈現，接口更為簡單。在核心網部分，能夠充分體現架構服務化、網絡切片化等特點。5G無線通信網絡架構主要面向用戶，提供數據采集、處理等一系列業務，將SDN（軟件定義網絡）、NFV（網絡功能虛擬化）等先進技術作為基礎，在服務化接口的前提下，構建控制面網元之間的交互。

5G無線通信網絡結構的具體特征主要包括：①交互性服務。5G無線通信網絡滿足按需調用額度要求，且服務的可重復性強。②承載和控制互為獨立。在5G 無線通信網絡中，承載、控制能夠滿足獨立演進和擴展的要求，因此網絡架構的布署更為靈活，可以是分布式，也可以是集中式。③框架標準統一。5G無線通信網絡采用更簡化的結構，例如引入訪問與移動性管理功能、用戶面功能等。框架統一標準顯著提升了網絡性能和運營管理。④功能設計的模塊化。5G無線通信網絡的功能完備，具有模塊化特點，且網絡切片更具靈活性。⑤ 5G 無線通信網絡架構采用前沿設計理念，在無狀態網絡功能架構下，計算資源的布署和遷移更加靈活，因為其無需攜帶大量的本地狀態信息。在網絡負載出現變化或需要進行故障修復時，系統能夠將計算資源及時遷移到其他位置，避免狀態信息丟失。⑥網絡架構與無線接入關聯弱。5G無線通信網絡架構具有收斂作用，是無關接入，以通用接口為架構基礎。⑦滿足大量業務布署要求。5G無線通信網絡架構中，用戶界面能夠布署在接入網絡臨近部位，為本地業務、低時延業務的穩定接入夯實基礎。⑧處理能力強。5G 網絡架構基于QoS（服務質量）技術構建，架構簡單，具有更強的網絡處理能力。

2"5G無線通信網絡的關鍵技術

5G無線通信網絡的運用需要多種關鍵技術的支持，相關技術共同構成5G 無線通信網絡的核心架構，為實現高速率、低時延、大容量和廣連接的通信目標提供了堅實的技術保障。

2.1網絡切片技術

網絡切片是5G無線通信網絡中的關鍵創新技術，其允許在共享的物理網絡基礎設施中構建多個虛擬、隔離的網絡切片。在通信網絡運行期間，每個切片能夠結合相應業務或服務需求，進行針對性設計和管理，進而滿足多元化的業務和服務需求。通常情況下，網絡切片需要通過SDN、NFV等技術實現，將帶寬、存儲等物理網絡資源根據需求進行邏輯劃分，進而生成多個互為獨立、相互隔離的網絡實例。網絡切片管理架構如圖1 所示。

在5G 無線通信網絡中，網絡切片的應用范圍較廣，具體包括eMBB（增強移動寬度）、URLLC（超高可靠低時延）、mMTC（海量物理網）等。該項關鍵技術在不同應用場景發揮的作用不同。例如，在eMBB 場景中，針對超高清視頻流、VR/AR 等具有高帶寬需求的應用，網絡切片能夠提供大容量、高速率的連接；在URLLC場景中，針對工業自動化等對時延和穩定性具有嚴格要求的應用，網絡切片可以提供毫秒級的時延。

2.2"SDN技術

SDN是5G通信的一項關鍵技術，其主要將網絡設備中控制面和數據面有效分離，以實現對網絡流量的靈活控制。SDN的主要組成部分包括數據層、控制層、應用層及管理層等。技術的主要功能在于將傳統網絡設備的控制功能集中在獨立的控制器中，以實現對網絡資源的全局調度和動態配置。

目前，SDN技術的應用顯著提升了5G無線通信網絡的靈活性的穩定性。通過合理運用該項技術，運營商能夠快速響應業務需求變化，靈活調整資源分配，實現網絡服務的快速布署和全方位優化。另外，SDN還能夠促進資源的共享和重復利用，有效降低建設和運維成本。

2.3"NFV技術

NFV在5G無線通信網絡中十分常用，作為一項關鍵技術，其能夠將傳統模式下依賴專用硬件的網絡功能轉化為在標準服務器上的軟件實例，進而滿足網絡功能的靈活配置和動態擴展等要求。NFV 通過運用虛擬化技術，能夠在專用硬件設備中解耦出網絡功能，使其在通用、基于標準架構的服務器上運行。NFV采用NFV管理與編排框架， 主要由NFVO、VIM、VNFM 等組件構成。在運行期間，各組件協同工作，實現對網絡功能的全過程管理、虛擬化基礎設施資源的分配管理及網絡服務的建設和更新。

在5G無線通信網絡中，NFV技術能夠為網絡切片提供架構基礎，使其在同一物理網絡中建立多個邏輯獨立、性能不同的網絡切片。因此，該項技術的應用能夠滿足不同行業、不同應用場景的多元化需求，推動5G無線通信網絡在各行各業的廣泛應用，提高服務質量。

2.4正交頻分多址技術

正交頻分多址（以下簡稱“OFDMA”）技術是在OFDM（正交頻分復用）技術長期發展基礎上形成的一種新型關鍵技術，主要采用大量的正交窄帶載波，以滿足數據承載的要求。在數據傳輸時，需要用戶選用具備良好信道條件的子信道，以保證傳輸質量。在數據傳輸過程中，一組用戶能夠同時接入多個信道。該項技術充分融合頻域和時域的多路訪問優勢，可以有效對抗多徑效應，進一步提高系統頻譜效率。

在5G無線通信網絡中，OFDMA在無線接入網中十分常用。在應用過程中，通過合理配置子載波間隔，以及復用不同等級和時延的5G 業務，OFDMA技術可滿足多元化的業務需求，保證服務質量。另外，OFDMA技術也能夠為多用戶MIMO（多進多出）技術的應用提供支持，同時為多個用戶提供服務，顯著提高頻譜效率。

2.5"MIMO技術

MIMO技術是5G無線通信網絡中的關鍵技術之一。其通過多根天線發送和接收信號，能夠有效提高系統容量和峰值速率，并減少能量損耗和傳輸時延。相較于4G通信網絡中的初級MIMO技術，5G無線通信網絡中的MIMO技術得到顯著增強，又稱大規模MIMO技術。

在實際應用過程中，5G 大規模MIMO 技術的天線數量可達到數十根乃至數百根，顯著提高了空間分辨率和信號處理能力。通過對天線的合理排布，大規模MIMO 技術能夠進行3D 波束成型，確保信號定向傳輸的精確性，提高信道容量，擴大覆蓋范圍。另外，MIMO 技術具有空間復用和干擾抑制等功能，保證頻譜利用效率，能夠在有限的頻譜資源下承載更多的用戶和數據。

2.6云計算技術

雖然云計算技術并非5G 無線通信網絡的直接組成部分，但是相關技術在5G 無線通信網絡架構、數據處理及業務應用方面發揮著重要作用，同樣是一項關鍵技術。云計算憑借其強大的計算能力，為通信網絡提供存儲資源，支持5G 無線通信網絡的高效運行和業務的快速布署。云計算通過虛擬化技術將計算資源、存儲數據及網絡信息封裝成一個獨立的虛擬環境，為5G 無線通信網絡的資源管理提供支持。云平臺可以結合業務需求自動化調整資源規模，滿足資源動態擴展和收縮等要求。另外，云計算和5G 無線通信網絡的融合，能夠實現云網協同、邊緣計算等功能，進一步推動5G 無線通信網絡的智能化發展。

在實際應用過程中，云計算技術的應用場景較多。例如，云計算能夠為5G 無線通信網絡切片提供支持，幫助運營商結合不同業務需求，靈活配置網絡資源，提高服務質量；在5G 無線通信網絡中，云計算和邊緣計算的結合，能將部分計算任務、數據遷移至網絡邊緣，降低時延，提高響應速度。另外，云計算平臺能為5G 無線通信網絡提供強大的數據處理能力，支持海量數據的實時分析和處理，為業務決策提供依據。

3"5G無線通信網絡關鍵技術的應用場景

3.1車聯網及自動化駕駛

在車聯網及自動化駕駛領域，5G無線通信網絡的高速度、低延遲特性至關重要。通過OFDM技術，5G無線通信網絡能夠提供更高的頻譜效率和數據傳輸速率，確保車輛間及車輛與基礎設施之間的大量數據能夠實時、準確地傳輸。MIMO 技術則通過多天線陣列，提高信號覆蓋和傳輸質量，提高車輛間通信的可靠性和穩定性。此外，網絡切片技術為車聯網服務提供了定制化的網絡環境，確保自動駕駛系統對時延和可靠性的嚴苛要求得到滿足。通過SDN 和NFV 技術，網絡資源可以根據自動駕駛的不同需求進行靈活配置和優化，提升整體系統的性能和效率。

3.2智慧城市

智慧城市的建設離不開5G無線通信網絡的全面支持。在智慧交通方面，5G無線通信網絡結合智能交通管理系統，通過實時數據傳輸和分析，優化交通流量，減少擁堵和事故。SDN和NFV技術使得網絡能夠根據交通狀況動態調整資源分配，提高交通管理的智能化水平。在智慧安防領域，高清攝像頭等物聯網設備通過5G無線通信網絡實現實時監控和智能分析，提高城市安全保障能力。同時，網絡切片技術為不同應用場景提供獨立的虛擬網絡，確保數據傳輸的安全性。

3.3遠程醫療

遠程醫療是5G 技術在醫療健康領域的重要應用之一。通過5G無線通信網絡，醫生可以遠程為患者進行高清視頻會診、實時數據傳輸及遠程手術指導。MIMO技術的高速率和低延遲特性確保了醫療數據的實時傳輸和精確性，為遠程醫療提供了可靠的技術支持。同時，網絡切片技術為遠程醫療提供定制化的網絡環境，確保數據傳輸的安全性和服務質量。SDN和NFV 技術則使得醫療資源可以根據實際需求進行靈活配置和優化，提高醫療服務的效率和覆蓋面。

3.4物聯網系統

物聯網系統的廣泛布署和應用是5G 無線通信網絡的重要特征之一。通過5G無線通信網絡，物聯網設備可以實現大規模、低功耗的連接，構建萬物互聯的智能生態系統。OFDM技術提高了頻譜利用效率，支持更多設備的接入和數據傳輸。MIMO技術則通過多天線陣列提高了信號覆蓋和傳輸質量，提高了物聯網系統的可靠性和穩定性。此外，網絡切片技術為不同物聯網應用場景提供獨立的虛擬網絡，確保數據傳輸的安全性和服務質量。

4結束語

通過對5G無線通信網絡關鍵技術應用的深入分析，文章揭示其在提升數據傳輸速率、降低時延等方面的應用優勢，以及在多個領域的廣泛應用前景。5G無線通信網絡作為新一代無線通信技術的代表，已成為推動信息社會發展的重要力量。但是在5G無線通信網絡高速發展的過程中，同樣面臨著諸多挑戰，如網絡安全、頻譜資源分配等問題。未來發展階段，仍需要進一步加強技術研發和創新，推動5G 無線通信網絡的不斷完善，以更好地適應信息社會的變化，滿足多元化需求。